CN113014359B - 一种基于uart的ipcl三方通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通信系统相关领域，具体为一种基于UART的IPCL三方通信系统，包括硬件装置和软件系统，本发明通过设置三个MCU芯片，且三个MCU芯片具有两路相同且独立工作的UART外设，从而在硬件的逻辑和物理实现两两MCU芯片之间通信功能，且分别可以独立地对数据进行控制；通过在软件层面设置有数据应答机制、超时重发机制和可多帧同时发送机制，从而有效提升了整个通信装置的可靠性、安全性和多效性，极大满足了现有的汽车电子控制器的通信需求。

Description

一种基于UART的IPCL三方通信系统
技术领域
本发明涉及通信系统相关领域，具体为一种基于UART的IPCL三方通信系统。
背景技术
随着汽车电子控制器的越来越智能化，一件产品所用到的MCU控制芯片也不局限于一个或者两个。同时，为满足产品性能的稳定性，对各MCU间通信可靠性提出了更高的要求，但现有的MCU芯片之间通信存在可靠性和安全性底，不能满足现有汽车电子控制器的需求，针对这个问题，设计了一种基于UART的IPCL三方通信系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于UART的IPCL三方通信系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于UART的IPCL三方通信系统，包括硬件装置和软件系统，其特征在于：所述硬件装置包含三个MCU芯片，三个所述MCU芯片两两之间进行通信连接；
所述软件系统包含数据应答机制、超时重发机制和可多帧同时发送机制，所述MCU芯片接收到的IPCL数据经过数据应答机制进行校验，用以判断该IPCL数据是否有效，所述MCU芯片在发出IPCL数据，超时重发机制会判断另外两个MCU芯片是否接收到IPCL数据，所述MCU芯片通过可多帧同时发送机制实现多条IPCL数据的接收和发送。
优选的，三个所述MCU芯片具有两路相同且独立工作的UART外设，在硬件的逻辑和物理实现两两MCU芯片之间通信功能，且分别可以独立地对数据进行控制,若MCU芯片管教输出特性不一致，MCU芯片之间通信连接处连接有隔离器。
优选的，所述IPCL数据的帧格式包括帧头、发送数字编码、帧类型、长度、有效数据/ACK、CRC校验。
优选的，所述数据应答机制是通过MCU芯片接收到完整的IPCL数据之后，对IPCL数据接收帧计算CRC校验，接收到的CRC校验和计算得到的数据的校验和一致，接收此IPCL数据，可以有效提升整个系统的可靠性。
优选的，所述MCU芯片向任一两方发送IPCL数据之后，超时重发机制会开启发送响应超时计数，若接收的MCU芯片在超时时间内没有发送ACK应答字符，则发送MCU芯片自动认为发送的这一帧失败，并重发未得到响应ACK的帧，可以提升整个系统的安全性。
优选的，所述可多帧同时发送机制处理以下三种情形：(1)一条IPCL数据包括多条Task数据，当存在多个Task同时发送数据的情况，可多帧同时发送机制会对多条信息进行编码，整合成一条IPCL信息发送，接收MCU芯片会对每条信息进行识别，分析出一条IPCL中的多个Task数据，并分条处理接收到的数据；(2)可多帧同时发送机制同时处理来自另外两个MCU芯片的Ipcl帧，当同时存在两方的IPCL数据时，可通过各方的IPCL数据帧的帧通道编码进行区分，并分别处理不同通道编码的IPCL帧；(3)每条IPCL数据的条帧的发送数字编码是不同的，当重复接受到一条数字编码，可多帧同时发送机制只接收每条IPCL数据帧PayLoad中的CallBack一次数据内容，但是对重复发送的次数帧发送ACK,以避免发送端重复发送，可以增加整个系统的多效性。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设置三个MCU芯片，且三个MCU芯片具有两路相同且独立工作的UART外设，从而在硬件的逻辑和物理实现两两MCU芯片之间通信功能，且分别可以独立地对数据进行控制；通过在软件层面设置有数据应答机制、超时重发机制和可多帧同时发送机制，从而有效提升了整个通信装置的可靠性、安全性和多效性，极大满足了现有的汽车电子控制器的通信需求。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的IPCL数据发送流程图；
图3为本发明的IPCL数据接收流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种基于UART的IPCL三方通信系统，包括硬件装置和软件系统，其特征在于：硬件装置包含三个MCU芯片，三个MCU芯片两两之间进行通信连接；
所述软件系统包含数据应答机制、超时重发机制和可多帧同时发送机制，MCU芯片接收到的IPCL数据经过数据应答机制进行校验，用以判断该IPCL数据是否有效，MCU芯片在发出IPCL数据，超时重发机制会判断另外两个MCU芯片是否接收到IPCL数据，MCU芯片通过可多帧同时发送机制实现多条IPCL数据的接收和发送。
进一步的，三个MCU芯片具有两路相同且独立工作的UART外设，在硬件的逻辑和物理实现两两MCU芯片之间通信功能，且分别可以独立地对数据进行控制,若MCU芯片管教输出特性不一致，MCU芯片之间通信连接处连接有隔离器。
进一步的，IPCL数据的帧格式包括帧头、发送数字编码、帧类型、长度、有效数据/ACK、CRC校验。
上述的IPCL的数据帧格式为：
Header1 Header2 SendNumber FrameType Length PayLoad CRC
对于每条IPCL帧,PayLoad的数据内容可能同时来源于不同的Task调度，为了对每条IPCL中的每条TASK发送的数据进行识别，PayLoad包含三个信息，具体格式为：
MsgID MsgLength Msg MsgCallBack
其中，发送数字编码即对发送的当前帧编码为1，下一帧发送的帧编码为2，如此直至10清零，可避免在多帧同时接收下，重复处理相同一帧的数据。
进一步的，数据应答机制是通过MCU芯片接收到完整的IPCL数据之后，对IPCL数据接收帧计算CRC校验，接收到的CRC校验和计算得到的数据的校验和一致，接收此IPCL数据，可以有效提升整个系统的可靠性。
进一步的，MCU芯片向任一两方发送IPCL数据之后，超时重发机制会开启发送响应超时计数，若接收的MCU芯片在超时时间内没有发送ACK应答字符，则发送MCU芯片自动认为发送的这一帧失败，并重发未得到响应ACK的帧，可以提升整个系统的安全性。
进一步的，可多帧同时发送机制处理以下三种情形：(1)一条IPCL数据包括多条Task数据，当存在多个Task同时发送数据的情况，可多帧同时发送机制会对多条信息进行编码，整合成一条IPCL信息发送，接收MCU芯片会对每条信息进行识别，分析出一条IPCL中的多个Task数据，并分条处理接收到的数据；(2)可多帧同时发送机制同时处理来自另外两个MCU芯片的Ipcl帧，当同时存在两方的IPCL数据时，可通过各方的IPCL数据帧的帧通道编码进行区分，并分别处理不同通道编码的IPCL帧；(3)每条IPCL数据的条帧的发送数字编码是不同的，当重复接受到一条数字编码，可多帧同时发送机制只接收每条IPCL数据帧PayLoad中的CallBack一次数据内容，但是对重复发送的次数帧发送ACK,以避免发送端重复发送，可以增加整个系统的多效性。
工作原理：在整个通信系统进行工作时，MCU芯片要经过以下阶段，第一在对MCU芯片发送或接收IPCL数据前的处理步骤为：(1)对MCU1和MCU2的收发数据通道，MCU1和MCU3的收发数据的通道以及MCU2和MCU3发收发数据的通道分别编码为Channal1,Channal2,Channal3，以此接收方来区分对应的的发送方/接收方；(2)对MCU1,MCU2和MCU3之间需要通信的任务对象需要分别编码，例如MCU1和MCU2之间存在多条需要通信的任务，即MCU1a和MCU2b需要通信，MCU1a和MCU2c之间也需要通信，那么可以将MCU1a和MCU2b之间的通信ID设置为“0x1”，MCU1a和MCU2c之间的通信ID设置为“0x2”，以此来区分两个MCU之间多任务时，数据具体对应的任务，发送方和接收方的任务对象的编码通信ID须一致；(3)除了对两个MCU之间的多任务的各个任务进行编码，还需要对不同的通信ID设置不同的回调函数，以便接收处理不同Channal不同通信ID的数据；(4)设置发送或者接收的数据类型编码，有效发送数据设置为数据类型，无效应答数据数值为ACK类型。
第二在对MCU芯片发送IPCL数据发送过程中的处理步骤为：(1)对发送的数据对应的通信ID、发送数据长度以及具体发送的数据填入发送Payload中；(2)对需要发送的数据Payload进行发送前的打包，①首先加入帧头，以便接收方接收到数据之后能够识别有效数据；②对发送的数据进行数字编码，以避免接收方对相同批次的数据重复处理；③对发送的数据类型编码为数据类型；④对此次发送的总的数据Payload进行总长度计算，加入发送数据；⑤对此次发送的总的数据Payload计算CRC8，加入发送数据；(3)对打包好的数据依次放入需要发送的对应MCU的Channal发送缓存区进行发送，顺序为：帧头，数字编码，数据类型，长度，有效数据Payload，校验和。
第三在对MCU芯片发送IPCL数据发送后对数据的处理步骤为：(1)发送完完整的一帧后，开启发送数据是否正常接收的超时监控；(2)若发送完一帧数据后，并得到响应的ACK,则此次发送数据完成，关闭发送；若在一定的时间内长时间收不到对应的ACK，则视此次发送数据失败，并开启重发机制，即对上一帧中的数据发送数字编码相同的数据重新打包发送；(3)若重发次数超时，则上报通信故障。
第四在对MCU芯片接收IPCL数据过程中处理步骤：(1)从响应的Channal接收到帧头后，开启对有效数据的接收处理，直至接收到CRC；(2)接收到完整的一帧数据后，对接收到的Payload数据的有效性进行辨认，即重新计算Payload数据的CRC，并和接收到的CRC进行对比，若计算的CRC和接收的CRC一致，则认为接收帧有效并对接收帧识别处理，否则丢弃；(3)若接收到的数据的类型为数据帧，且与上一帧的数字编码不同则对这一帧的数据进行多任务的识别处理。根据帧的长度、通信Channal以及其中包含的任务ID，任务数据，任务数据长度，分别进行识别处理，根据任务相应的Channal和ID，调用回调函数，对接收数据进行处理。此外，无论接收到的帧数字编码和上一帧是否一致，都要开启应答机制，对接收到的数据帧发送对应的Channal的ACK应答；(4)若接收到的是应答帧，则关闭相对应Channal的发送数据帧触发的超时计数或者通信超时等故障位。
本发明通过设置三个MCU芯片，且三个MCU芯片具有两路相同且独立工作的UART外设，从而在硬件的逻辑和物理实现两两MCU芯片之间通信功能，且分别可以独立地对数据进行控制；通过在软件层面设置有数据应答机制、超时重发机制和可多帧同时发送机制，从而有效提升了整个通信装置的可靠性、安全性和多效性，极大满足了现有的汽车电子控制器的通信需求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种基于UART的IPCL三方通信系统，包括硬件装置和软件系统，其特征在于：所述硬件装置包含三个MCU芯片，三个所述MCU芯片两两之间进行通信连接；
所述软件系统包含超时重发机制和可多帧同时发送机制；通过 MCU芯片接收到完整的IPCL数据之后，对IPCL数据接收帧计算CRC校验，接收到的CRC校验和计算得到的数据的校验和一致，接收此IPCL数据；
所述MCU芯片向任一两方发送IPCL数据之后,超时重发机制会开启发送响应超时计数,若接收的MCU芯片在超时时间内没有发送ACK应答字符，则发送MCU芯片自动认为发送的这一帧失败，并重发未得到响应ACK的帧；
所述MCU芯片通过可多帧同时发送机制实现多条IPCL数据的接收和发送,所述可多帧同时发送机制处理以下三种情形：（1）一条IPCL 数据包括多条Task 数据，当存在多个Task同时发送数据的情况，可多帧同时发送机制会对多条信息进行编码，整合成一条IPCL信息发送，接收MCU芯片会对每条信息进行识别，分析出一条IPCL中的多个Task 数据，并分条处理接收到的数据；（2）可多帧同时发送机制同时处理来自另外两个MCU芯片的IPCL 帧，当同时存在两方的IPCL数据时，可通过各方的IPCL数据帧的帧通道编码进行区分，并分别处理不同通道编码的IPCL帧；（3）每条IPCL数据的条帧的发送数字编码是不同的，当重复接受到一条数字编码，可多帧同时发送机制只接收每条IPCL数据帧PayLoad 中的CallBack一次数据内容，但是对重复发送的次数帧发送ACK,以避免发送端重复发送。
2.根据权利要求1所述的一种基于UART的IPCL三方通信系统，其特征在于：三个所述MCU芯片具有两路相同且独立工作的UART 外设。
3.根据权利要求1 所述的一种基于UART的IPCL三方通信系统，其特征在于：所述IPCL数据的帧格式包括帧头、发送数字编码、帧类型、长度、有效数据/ACK、CRC校验。
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